基于OpenGL的交互式三维树木建模与可视化研究

通过讨论树体枝干几何建模的理论和方法,重点围绕树木交互式建模技术和三维可视化实现进行了研究探讨。实现过程主要分为3步:首先,对真实树木枝干的几何形态结构进行分析,利用分析结果构建枝干模型生成方法,用六边形棱柱近似模拟树干和枝段,再用六边形棱台作为枝段元经过连续偏转、连接的方法模拟枝干弯曲的形态。其次,基于枝干生成方法,利用分形迭代思想实现整株树体的建模。为提高仿真度,通过加入干扰因子使最终生成的树体枝干模型不过于规则。最后,为实现模型的可视化,选用OpenGL图形技术和Visual C++作为模型可视化工具和开发工具,通过对所建立的模型进行数学描述以及场景渲染和特征参数提取,建立一个支持交互的三维树木建模系统。     

树木枝干点云数据的等值线提取

通过三维激光扫描技术得到的树木枝干点云数据,不仅数据量大,而且特征复杂,不适合采用传统的方法提取等值线。对此,首先把点云数据中树木的枝和干分为不同的部分,然后建立点云的分层模型,并分析点云在树高方向上的数据量分布。在高精度采样下,将分层点云作为等值线的采样数据,对每层数据中不同部分的树木枝干点云分别采用凸包算法进行连接,建立树木枝干的等值线模型。结果表明:在没有先验等值线知识和建立点云对象模型的条件下,利用迭代的凸包算法可以有效地对树木枝干离散点云数据进行连接,得到的等值线符合一般等值线的特点。最后通过实例验证了方法的适用性。图8表1参11     

全站仪自由设站法的探讨与应用

目的在使用全站仪进行施工测量的过程中,往往会因为建筑材料的堆放或因地形复杂等不可改变之因素,造成测站之间无法相互通视,或通视困难造成测量不精确、数据不可靠。方法浅析了全站仪自由设站法在具体工程实例中的应用,介绍了控制点及监测点布设方案,对自由设站进行精度分析,判定测量数据的可靠性。结果全站仪自由设站法以其实测自由度大、精度高、测得数据可靠等优点避免了测站之间相互通视困难的问题。结论全站仪自由设站法精度高,复杂地形下测量自由度大,在实际施工测量活动中具有推广意义。     

基于三维激光点云的城市绿化树种材积及树干碳储量无损精确测算

城市森林是森林碳库的重要组成部分。为探索三维激光扫描技术（TLS）在无损精确测算城市绿化树种树干材积及碳储量方面的潜力,了解不同区分段长度对基于TLS测算树干材积的影响并对现有模型测算的树干材积及碳储量的精度进行了评估,采集30株无患子Sapindus mukorossi点云,并按径阶采集树干钻芯样本,研究在不同区分段长度下测算的树干材积及碳储量,并与现有模型的测算结果相比较。结果表明:①基于TLS能够提取高精度的立木胸径和树高（平均相对误差分别为1.97%和4.85%）,可实现城市绿化树种树干材积及碳储量的无损精确测算。②基于TLS在区分段长度小于0.50 m时能测算得到高精度的树干材积。③城市绿化树种的材积和树干碳储量与野外林分存在显著差异（P < 0.05）。现有模型并不适用于城市绿化树种。     

三维前方交会法测量树高及其精度分析

为了解决森林调查中因地形起伏不能通过皮尺或者视距法获得测站与目标树的水平距离,而导致不能通过一般三角测量的办法来测量树高的问题,该文将测量高程的前方交会法应用到测树上来获得树高数据.前方交会法的内容为两台仪器与目标树构成一个三角形,测量两台仪器中心的斜距和三个夹角,利用正弦定理推算目标树与一台仪器的水平距离,然后再测得树顶和树根两处的天顶距,利用三角测量获得树高.经纬仪和罗盘仪是森林调查中常用的工具,通过对该模型的精度分析和实验发现经纬仪采用此方法可以控制误差在5%以内,满足林业上的测量要求,而罗盘仪采用此方法误差范围超过5%,不能满足要求.此方法可以配合经纬仪进行树高测量.     

同一铅垂面两次设站法树高测量及其精度分析

树高是评定立地质量和林木生长状况的重要依据,是林业调查的必测项目.该文提出了在复杂立地条件下,特别是在陡坡地带,水平距离难以测量的情况下,采用在同一垂面两次设站的方法对树高进行测量.说明了测量原理和测定过程,推导出了采用该方法计算树高的数学公式,并依据误差传播定律推导出误差模型,进行精度分析.在陡坡条件下选取符合条件的单木,以经纬仪和皮尺作为测量工具多次进行实验,并配以全站仪同步测量进行检核,通过对大量的实验数据进行分析比较,发现采用该方法测量的精度在1%以内,满足精度要求,而且测定方法简捷.     

三维激光扫描成像系统在森林计测中的应用

该文介绍了三维激光扫描成像系统的组成、工作原理、仪器的性能指标及软件功能.通过在甘肃省小陇山林业局的试验,总结了三维激光扫描成像系统进行精准测树的流程、内业数据处理方法、提取各种测树因子的方法、测量立木材积以及树冠体积的方法.结果表明:使用三维激光扫描成像系统可以获取树木的立体模型,得到某些传统方法难以获得的数据,如树冠体积、表面积等,并且可以随意重复量测;通过扫描获得的树木材积可以替代传统的区分求积方法,建立材积表不再需要大量伐树;使用立木扫描模型解决了树冠测量的难题.因此,将三维激光扫描成像系统作为精准测树工具,是一种切实可行的方法.     

带悬板排沙漏斗的三维贴体网格生成方法

针对计算带悬板排沙漏斗三维流动场时其边界条件的复杂性，本文利用三维贴体坐标变换将排沙漏斗变换为一个立方体，为对其流场进行数值模拟打下了基础     

多源数据融合下的森林防火本底数据库建立

对森林防火三维本底数据库组成及特点进行分析,在空间信息技术、数据融合技术和三维建模技术等的支持下,提出基于MaDX和OpenGL为研究工具的森林防火三维本底数据库建立方法。该方法以OpenGL为技术基础,利用数字高程模型高程数据和OpenGL的纹理映射机制在三维地形上融合遥感数据,实现各种信息的三维真实显示。以Mapinfo所建立的属性数据为基础,通过坐标转换,实现二维矢量地图同三维地形的任意点、面的联动。在此基础上利用MapX组件从二维地图上获取乡镇边界、乡村边界和小班边界等森林资源数据,并同三维地形有机融合,实现森林资源数提的三维显示,最后融合防火资源数据和全球定位系统（GPS）数据,实现了防火队和防火物资等数据的融合与操作。